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碳和由它制成的分子已经在早期宇宙中被观察到 。 在宇宙时期 ， 许多星系都经历了强烈的恒星形成时期 ， 在此期间会产生碳、氧、氮、硅和铁等重元素 。 此外 ， 在这些系统中检测到从一氧化碳到多环芳烃的许多复杂分子 ， 就像我们自己的银河系一样 。 星际分子云和星际包络是复杂分子合成的工厂 。 在星际介质、行星大气和表面、彗星、小行星和陨石以及行星际尘埃颗粒中发现了大量用于地球当代生物化学的分子 。 在猛烈轰炸阶段 ， 大量外星物质通过彗星和小行星运送到年轻的行星表面 。 监测太空中有机物的形成和演化对于确定早期地球可用的益生元储层至关重要 。 揭示地球环境中益生元分子的非生物途径同样重要 。 来自两种碳源的材料可能有助于地球上导致生命起源的生化途径 。
目前估计宇宙的年龄约为13.7万光年 ， 在大爆炸核合成过程中 ， 仅形成了H和He以及少量其他轻核 ， 如D、T、Li和Be 。 由于宇宙在膨胀、冷却和密度降低 ， 因此在其早期历史中无法形成更重的元素 。 恒星核心中的三a过程是碳的基本来源 ， 是有机化学的基础 。 氢耗尽后 ， 在质量超过太阳质量一半的恒星核心开始进一步的核反应 ， 产生碳和更重的元素 ， 而质量更大的恒星则高达56Fe 。 比铁更重的元素是在恒星爆炸的最后阶段通过中子吸收形成的 。 在这个阶段 ， 无法达到平衡：恒星以平稳或剧烈的方式经历质量损失 ， 导致星际介质富集 。
分析论证以及数值模拟表明 ， 在标准冷暗物质理论中 ， 当宇宙只有100Myr年龄时 ， 可能会发生大量恒星形成 。 威尔金森微波各向异性探测器发现的宇宙汤姆森散射的高不透明度为这一理论提供了支持 。 第一颗恒星预计将在暗物质晕中形成 ， 从原始涨落中生长出来 ， 其中重子气体可以足够有效地冷却 。 尽管原子冷却可以确保温度降至10000开尔文 ， 但分子冷却对于达到较低温度是必要的 。 这些阶段的主要冷却分子被认为是分子氢 。
【宇宙中碳的演化】第一颗恒星被认为比现在的恒星质量更大 ， 因为氢气冷却不能像金属一样降低温度 。 因此 ， 牛仔裤的质量更高 ， 可达100-1000个太阳质量 。 这些大质量恒星的寿命非常短 ， 寿命不到30Myr ， 无法再被观察到 。 当它们爆炸时 ， 会分布大量金属 ， 特别是碳和氧 。 随后 ， 尘埃被合成并分散在整个宇宙中 。 有证据表明 ， 大量分子 ， 可能在喷射物中形成 ， 这些分子可以在下一代形成的恒星中回收利用 。 最近在银河系晕中发现的超贫金属恒星也为早期恒星形成过程提供了重要的限制条件 。 观测到的超贫金属恒星恒星的Fe/H比小于太阳比的1/100000 。 相对于Fe ， 它们的C和O含量过多 ， 并且比太阳的质量略小 。 它们适度的质量使它们能够存在超过10万光年 ， 从而充当“化石”记录 。
对这些恒星的研究可能会提供有关在早期宇宙中分布第一批重元素的第一代恒星和超新星的性质的线索 。 碳似乎被视为第一代恒星的形成产物 。 像一氧化碳和水这样的分子 ， 一旦存在氧和碳原子就形成了以及非常小的颗粒 ， 比H2更有效地冷却星际气体 。 这会刺激云的碎裂并触发像我们的太阳这样的低质量恒星的形成 。
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